电子设计竞赛与学生素质培养

电子设计竞赛与学生创新能力培养西安电子科技大学电子工程学院郭万有第一页，共五十四页。2023-03-05郭万有电子设计竞赛与学生创新能力培养赛制分析培训思路组织体系实施方案培训效果经验教训《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二页，共五十四页。2023-03-05郭万有制分析“SONY”杯嵌入式系统专题“Intel”杯全国大学生电子设计竞

信息安全技术专题邀请陕西省大学生电子设计竞

ALTERA

杯NIOS

大奖学科

/综合陕西省大学生德州仪器(TI)杯模拟及模数混合电路设计竞全国大学生课外学术科技作品竞

“挑战杯”工程师/发明家西安电子科技大学大学生课外学术科技作品竞“星火杯”普及/专题Microsoft嵌入式应用设计大奖TI

DSP应用设计大奖命题/开放Freescale(Motorola)单片机应用大奖ADI

创新设计竞/智能车邀请Xilinx开放源码大奖Linear

模拟电路设计竞NXP(philips)嵌入式系统设计大奖Infineon杯校园设计竞……校园

事全国大学生电子设计竞全国大学生电子设计竞《电子设计竞与学生创新能力培养》第三页，共五十四页。2023-03-05郭万有赛制分析电子设计竞赛全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一。自1994年以来已举办了8届竞赛和3届专题赛。竞赛以队为基本单位，每队由三名具有正式学籍的在校本、专科生学生组成。竞赛采用全国统一命题、以“半封闭”方式进行。竞赛采用“一次竞赛、二级评奖”的方式进行评奖。竞赛颁发全国统一的获奖证书，竞赛成绩记入学生档案。《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第四页，共五十四页。2023-03-05郭万有培训思路指导思想积极认真参与竞赛，丰富学生科技活动，推动教学改革与课程建设。建立科学有效的培训体系，培养学生提高专业理论水平、工程素质及创新能力，锻炼学生意志品德，树立协作精神。赛出成绩，赛出水平。《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第五页，共五十四页。2023-03-05郭万有培训思路方法路线电子设计竞赛赛前训练是精英教育模式的一个重要环节。培训内容应有针对性、继承性和前瞻性培训应分阶段进行，兼顾知识梯度与受众面注重基础知识与基本技能的培养强化综合技能培养，激发创新能力注意培养协作精神与竞争意识《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第六页，共五十四页。2023-03-05郭万有组织体系校竞赛组委会领导小组培训组专家组校领导院处领导组织成员顾问组长成员组长成员学院竞赛委员会行政组教练组领导成员主教练教

练参赛队队

长队

员《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第七页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案电子系统描述：以电子信息技术为主体或核心的系统块：

模块/单元电路/节点路：

信号/信息交互性能：数字化、自动化、智能化技术：嵌入式/单片机、EDA

、CPLD/FPGA、DSP《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第八页，共五十四页。2023-03-05郭万有基本知识涵盖电路分析、模拟与数字电路、高频/非线性电子电路主要知识点；单元电路分析、验证、设计方法；电路主要性能指标测量方法；重要基本概念：时域与频域、

频率与相位、功率与

效率，瞬态与稳态，有源与无源，调制与解调、传输与接收、同步与异步、集中与分布，线性与非线性，捕捉与跟踪，反馈、动态范围、精度、分辨力、阻抗、匹配、稳定度、调整能力等等。实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第九页，共五十四页。2023-03-05郭万有基本技能元器件识别、寻找、运用常用仪器工作原理、使用方法；资料查阅：书、刊、网；电路设计与仿真；印刷电路板设计；工装：焊接、装配电子测量方法：参数测量，准确度与误差分析调试方法：故障分析和排除文档整理：章节、文字、图表的规范化。实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十页，共五十四页。2023-03-05郭万有基本设计能力掌握先进仪器使用方法（如数字存储示波器、逻辑分析仪等）；掌握单片机/嵌入式、CPLD/FPGA、*DSP基 本知识；掌握更先进的工具软件、开发系统，结合硬 件实现较小电子系统的能力；掌握一些系统分析软件，能完成单元、系统设计；实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十一页，共五十四页。2023-03-05郭万有综合设计能力实现小系统的设计实现能力；掌握常用传感器、执行机构的基本知识，和用简单的

或与本专业有关的光、机、电一体化组成系统的能力；能在网上查阅相关元器件资料，具有一定的选择能力，并能根据要求正确使用；具有绘制印刷板能力，并有初步的电磁兼容知识；具有接受和掌握“嵌入式系统”的开发能力；具有接受和掌握“SOC”的开发能力；实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十二页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案电子系统设计过程确定设计目标系统分析模块设计与实现系统调试系统测试文档整理《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十三页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：确定设计目标需求分析：从非技术和技术两方面分析；性能设计：功能，技术性能与指标；支撑技术：关键技术，相关技术；实现方法：技术方法，技术路线；完成形式：原理/性能样机，实用样机。实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十四页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：系统分析块：系统可以按功能分解成若干个功能相对独立、单一的单元模块;路：系统可以按照信号/信息交互特征分解成 若干信号传输、处理节点/模块。实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十五页，共五十四页。2023-03-05郭万有麦克风调理放大抗混叠滤波ADC模数转换DSP数字信号处理算法DAC数数模模转转换换抗镜频滤波功率放大扬声器键盘系统分析：实时数字信号处理系统摄像头显示终端实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十六页，共五十四页。2023-03-05郭万有系统分析：软件无线电系统天线LNAVCOADC低噪放大高速采样NCOFIRFIRIQDDC数字基带信号处理FIRFIRIQNCODAC高速转换PA功率放大天线射频、微波DUC数字中频（FPGA/ASIC）数字基带DUC低通滤波低通滤波抽取插值实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十七页，共五十四页。2023-03-05郭万有系统分析：实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十八页，共五十四页。2023-03-05郭万有系统分析：单片机+FPGA小系统MCUFPGAKeyBoardRS232/CANLCD/LEDMemoryADCDACI/OInterfaceExt

STDInterface实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第十九页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：模块设计与实现确定电路形式/确定软件框图与基本算法；理论分析与计算元、器件选择电路设计与仿真电路装配电路调试电路测试实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：系统调试软件调试，硬件调试，系统调试（联试）功能调试与指标调试调试内容、方法与手段调试步骤实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十一页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：系统测试测试内容与测试方案测试仪器与测试工具功能测试与指标测试测试数据记录与结果分析实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十二页，共五十四页。2023-03-05郭万有设计过程：文档整理方案论证与方案比较理论分析与参数计算单元电路设计与实现软件设计系统测试与数据处理结果分析/结论实施方案《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十三页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案阶段时间培训内容人数考核入门阶段1年入门培养：开放实验，课外科技制作，兴趣

培养2500“星火杯”等第一阶段1月基础知识培训，讲座辅导750笔试选拔第二阶段1月基本技能培训，小系统设计，教练负责制辅导150动手选拔第三阶段2月应用系统设计培训，教练负责制辅导100校级竞赛冲刺阶段1月典型系统设计培训，教练负责制辅导100国家竞赛《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十四页，共五十四页。2023-03-05

《《电电子子设设计计竞竞赛赛与与学学生生创创新新能能力力培培养养》》郭万有实施方案入门阶段：课外制作，锻炼动手，兴趣培养第二十五页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第一阶段：讲座内容模拟电子设计基础数字电子设计基础、现代数字电子设计技术单片机技术与应用设计、嵌入式技术电子系统综合设计《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十六页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第一阶段：部分讲稿《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十七页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第一阶段：部分讲稿《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十八页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案（四）仪器和基本技能第一阶段：考核内容１．简要说明下列器件的功能：(10分／每空１分)ＤＡＣ０８３２９０１３ＩＮ４００７７４ＬＳ３７３

ＬＭ３１７ＬＭ３８６ＥＰ１Ｃ６ＣＤ４０５１ＡＴ２９Ｃ０１０2３．Ｄ标Ｇ出１下２列阻容元件的参数(５分／每空１分)电阻：金棕紫黄；Ｒ５６；；电容：１０１４.７；4n7。３．写出常用EDA仿真软件。（3分／每空１分）单片机；数字电路和模拟电路仿真；系统仿真；３．写出你知道的2个著名的电子设计相关网站（电子技术综合、元器件、论坛）的名称。（2分／每个１分）；；４．请写出Ｐｒｏｔｅｌ中以下元件的原理图名称和一种印制板（PCB）封装.(２分/每空１分)电阻(1K1/4W)

；瓷片电容(1uF63V)

；５．如图所示的电路，（1）简述电路的功能(3分);(2)当工作不正常时，用万用表测得Ａ点和Ｂ点的对地电压分别是１V和１２V，试分析故障原因（5分）。（8分）《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第二十九页，共五十四页。2023-03-05《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十页，共五十四页。郭万有实施方案第一阶段：考核内容1、（8分）写出图1电路IL的表达式（UB>9V）。2、（10）求图2所示有源滤波器的传递函数Auf

(s)，定性画出uf其幅频特性|A

(j

)|，并判断该滤波器的类型。3、（10）图3所示电路中，A

、A

各构成什么电路，在同一张图上画1

2出uo1和uo2的波形，并标出其振幅。调节哪些参数可以改变uo2的振幅？调节哪些参数可以uo2的频率？为了减小占空比，W电位器R

的滑动端应该向上还是向下调整？2023-03-05《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十一页，共五十四页。郭万有实施方案第一阶段：笔试考核内容图44、（18）在图4所示三端稳压器电路中，根据输入电压U

的方向将二极管正确接入电路的虚线I圆内，构成桥式整流器。7812从1端输入电压，在3端输出，2端的静态工作电流I

很小。当经过整流滤波得到Q的UI

=15V时，计算负载上的电流IL和7812的管功耗P。5、（10分）电路如下图所示，uI=2sinωt

/V，试求这时：uo的表达式；输出功率Po图中VD1和VD2的作用是什么？设VT1和VT2的β均为100，对运放输出电流Io有何要求？6、（14）设计一个基于运算放大器的信号调理电路，实现将Ui=2+2sinωt调理成Uo=2sinωt

（ω<2π*106rad/s）。画出电路图；给出计算过程和计算公式；标出所选元件值；对运算放大器性能有什么要求？2023-03-05郭万有实施方案第一阶段：笔试考核内容二、数字电路一、（15分）回答简述什么是组合逻辑，什么是竞争、冒险，在组合逻辑设计中应怎样避免竞争、冒险？什么是时序逻辑？描述时序逻辑电路的三个基本逻辑方程是什么？同步时序逻辑电路与异步时序逻辑电路的本质区别在哪里？简述同步时序电路的设计过程。什么是FPGA？简述FPGA在现代数字系统设计中的作用，写出FPGA开发步骤。二、（15分）已知逻辑函数为试用尽可能少的与非门实现F，并保证其可靠工作。试用数据选择器或译码器和少量逻辑门实现F。三、（20分）某信号产生电路的功能框图及其相关波形图如图所示：设计振荡器电路用分别用基本触发器和集成器件（如计数器、移位寄存器）设计序列信号产生电路，产生如下序列信号：《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十二页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：培训内容一、培训目标设计单片机小系统，应用单片机小系统实现物理量采集、显示、处理控制、报警系统。单片机小系统硬件组成人机通道：16-20键，8位LED数码或16x1字符液晶，4-8只LED状态显示，蜂鸣器1只存储器：32K

x

8B

SRAM，256B非易失性存储器，实时日历钟。前向模拟通道：2CH，增益、偏置均可调，带低通滤波，8bit

A/D后向模拟通道：2CH，8bit

D/A,带平滑滤波及功率输出。通讯接口：三线制TTL电平，经驱动后支持RS232，SPI，I2C，CAN等。扩展电路：centronics并行打印口，总线扩展口，8bit

I/O口单片机最小系统基本软件设计要求程序设计模块化：即功能相互独立、具有可移植性键盘管理：软件削抖、功能键功能、编辑键功能显示：显示提示，滚动显示，编辑操作与显示功能，菜单操作与显示功能采集与控制：采集，处理，存储，模拟输出数据处理：基本算法库、软件曲线拟和与插值功能、数字滤波、谱分析通讯：I2C、RS232、打印《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十三页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：培训内容3．物理量采集、显示、处理控制、报警系统（以温度测量为例）假定温度传感器分别为热电阻、热电偶、电压/电流型IC、数字温度IC，并且都呈分段非线性，要求能够记录24小时内每间隔6分钟及最近6分钟内每间隔2秒钟的4只传感器的温度值。用数码管实时显示选定的传感器号及相应的温度值，用双通道示波器实时显示24小时及6分钟的温度变化曲线。能够用数码管回调选定时刻的温度值，打印选定时段的温度记录曲线。计算并用数码管实时显示选定的传感器24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差、积温；设立系统自动校准功能。用水泥电阻作为控温元件，将其置于数字温度IC上，分别采用模拟线性功控及PWM功控方法将水泥电阻温度控制在设定的温度值附近。为每一路温度传感器设计越限报警功能。当某路传感器温度超越设定的温度上下阀值时，即产生相应的声光报警信号并显示该传感器的温度值，直至温度回到门限内或通过用控制键解除警报。设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十四页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：培训内容二、进度安排印制版设计阶段（三：2、3、4、5）小系统调试阶段（三：1、7、8、9）应用系统设计与调试阶段（三：6、10、11、12）三、培训指导内容（60课时）1、仪器原理与使用4+4①模拟示波器基本原理，主要性能指标，触发（方式、源、条件），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、合成方式），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、时基拓展），显示方式（YT、XY、XYZ），显示调整（聚焦、亮度、标尺），AB方式，探头匹配调整与使用。②数字存储示波器基本原理，主要性能指标，自动设置，触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、带宽、通道数学合成、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基与时基拓展），冻结与拓展（水平、垂直）、测量（幅度、时频），光标功能，显示格式（YT、XY），存储与比较，显示方式（点阵、矢量），显示调整（余灰、对比度），探头匹配与使用。③混合示波器基本原理，主要性能指标，自动设置，触发（方式、源、条件、电平），垂直（灵敏度、偏移、耦合方式、带宽、反相功能），水平（扫速/时基、位移、扫描方式、释抑调整、主时基与时基拓展），冻结与拓展（水平、垂直），测量（幅度、时频、FFT），光标功能，显示格式（YT、XY），存储与比较，显示方式（点阵、矢量），模拟探头匹配与使用，打印、存盘，逻辑分析仪功能。《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十五页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：培训内容④信号源性能指标，信号类型，幅度（量程，微调，偏置），频率（量程，微调），占空比，扫频范围，测频。⑤电源⑥三用表⑦仿真器⑧编程器2、常用工具软件使用4+4+4+4①仿真器开发软件的安装与使用②Mulitesim2001仿真软件使用④protel99se使用⑤Max+plusII使用⑥C51原理⑦keilC51使用3、常用元器件与电路4①电阻、电容、电感、二极管、三极管、可控硅、继电器的分类、型号规格与识别、用途、封装②标准数字逻辑集成电路分类、规格、型号、封装③运算放大器分类、规格、型号、用途、封装④A/D、D/A转换⑤可编程逻辑器件的印制版设计与编程下载⑥缓冲驱动与接收、功率驱动、差分驱动与接收，光耦接口电路（）⑦V/F、F/V、I/V、V/I转换、PWM、PFM、滤波、PLL、VCO、555等特殊功能电路《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十六页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：培训内容4、单片机小系统组成原理与硬件设计45、单片机小系统软件设计

46、单片机应用系统设计-温度采集、显示、控制、报警系统的设计与实现47、模拟通道设计4①放大调理（增益、偏置、频响、带宽、极性）②滤波调理③电源（单/双、模拟/数字地、虚地发生）④功率驱动⑤A/D、D/A设计8、接口扩展与通讯4①总线式、串行、并行②I/O扩展、存储器扩展③常用通讯接口④无线通讯：射频、红外、激光《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十七页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：小系统设计培训9、电子系统测量原理与方法4+4①电阻、输入阻抗、输出阻抗、电容、电感（恒流、恒压、电桥法）②电压、电流③传输特性（幅频、相频）④频率、周期测量10、将示波器作为显示终端211、使用单片机控制打印机212、电子设计竞赛文档整理213、信息获取

2①推荐书籍与杂志②资料与开发技术网站③器件供应商④样片索要四、其他工作1、器件资料、工具软件、应用技术、往届搜集、汇总、刻录与打印2、参考书订购3、元器件采购4、印制版加工5、小组工具准备与钳工桌工具准备6、选手个人实力及精力投入摸底《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十八页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：小系统设计培训《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第三十九页，共五十四页。2023-03-05《电子设计竞赛与学生创新能力培养》郭万有实施方案第二阶段：小系统培训第四十页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：动手选拔考核《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第四十一页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第二阶段：动手选拔考核《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第四十二页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第三阶段：应用系统设计《电子设计竞赛与学生创新能力培养》第四十三页，共五十四页。2023-03-05郭万有实施方案第三阶段：应用系统设计第三阶段培训计划电子工程学院03’电子竞信号测试分析：李锋林，刘华敬信号产生、测量、分析、处理、传送、显示打印例：心率测试，电子听诊，水声检测与识别，超声测距，探物（导盲），数控滤波器数字式仪表：刘华敬，彭克昌信号发生，信号测量，信号处理及显示打印如：数字式红外体温计，晶体管仪，工频移相器，相位计，低频信号分析仪、分贝计．自动控制：董大威，李俊传感器及电路，电机（伺服/步进控制），功放例：电动车寻迹，寻物（动/静目标），条码识别．电力电子：李俊，董大威，李锋林等PWM,PFM,DC—DC

开关电源，功率信号产生与测量，温度控制系统如：程控DC—DC/开关电源、三相正弦发生器（PWM控制相位，恒功模式，加速模式，测功测相）、三相电监控（漏电、补偿）程控变频变压．通信：刘松华无线数传，电话拨号、限时、记录、分析，无线收发机（子母电话、传呼），AV信号产生，无线远程监控报警、基带（PCM、AM、PM、QAM）产生与传输。6．消费电子：彭克昌、刘松华、董大威、李俊、电子密码锁、里程车计价器、智能家居、数字化/程控化基础电路要求：1，2题用点阵LCD,CPLD/FPGA,鼠标/手写板3，4，5、6题用LED或字符LCD或小尺寸点阵LCD，无线/红外数传/遥控《电子设计竞 与学生创新能力培养